201918-19 第3章 第1节 交变电流的特点精品教育.doc

第1节交变电流的特点
[知识梳理]
一、恒定电流和交变电流的比较
[思考判断]
1．方向不变的电流就是恒定电流．(×)
2．i -t 波形图是正弦曲线的一定是交变电流．(×) 3．交变电流周期越大，说明方向变化越快．(×) 4．我国交变电流周期为0.02 s ，频率为50 Hz.(√) 5．交变电流的方向每个周期改变一次．(×)
6．只要是交变电流，其最大值就是有效值的2倍．(×)
7．我国民用交变电流，照明电压为220 V 和动力电压380 V 都是指有效值．(√) 8．电容器的耐压值指的是交变电流的最大值．(√) [合作探究]
1．方向随时间周期性变化的电流就是交变电流吗？
【提示】 是，只要方向随时间周期性变化的电流即为交流电．
2．电气设备的铭牌上标出的电压值、电流值；交流电压表测量的数值；电容器上的标称电压值分别指的是有效值还是最大值？ 【提示】 有效值、有效值、最大值．
[合 作 探
究·攻 重 难]
恒定电流和交变电流的比较 1.交变电流与直流电的区别
不同的交变电流的变化规律不同，常见的有以下几种情况，如图3-1-1所示．
图3-1-1
无论大小是否变化，但都有一个共同的特点，就是电流的方向一定随时间做周期性变化．
[针对训练]
1．下列关于交变电流和直流电的说法中，正确的是()
A．如果电流大小随时间做周期性变化，则一定是交变电流
B．直流电的大小和方向一定不变
C．交变电流一定是按正弦规律变化的
D．交变电流的最大特征是电流的方向发生周期性的变化
D[直流电的特征是电流的方向不变，电流的大小可以改变．交变电流的特征是电流的方向随时间周期性变化．交变电流有多种形式，正弦式交变电流只是交变电流中最基本、最简单的一种．选项D正确．]
2．如图所示的各图象中表示交变电流的是()
D[B、C两图象中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但方向从图上看在t 轴一侧，方向不变，故不是交变电流．A图中电流的方向没发生变化，不是交变电流．D图中，从图上看电流分布在t轴两侧，电流的大小、方向均做周期性变化，是交变电流．故选D.]
恒定电流和交变电流的区别
(1)只要电流的方向发生变化，即为交变电流，若方向不变，尽管大小变化，亦为直流电．
(2)在i-t或u-t图中，正负表示方向，若题中给出了i-t或u-t图，一定要注意图象的坐标原点是否为0，图中i或u值有无正负变化．
交变电流的周期和频率
对交变电流的周期和频率的理解
周期和频率是描述交变电流的物理量，跟任何周期性过程一样，交流电也要用周期或频率来表示电流变化的快慢．在实验中，线圈匀速转动一周，电动势、电流都按正弦规律变化一次．
(1)线圈转动一周，交流电恰好完成一次周期性变化．
(2)从线圈转动来说，周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间；频率就是1 s
内线圈在磁场中转动的圈数． [针对训练]
3．(多选)关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是( )
【导学号：11452051】
A ．交变电流最大值出现两次的时间间隔等于周期的一半
B ．1 s 内交变电流出现最大值的次数等于频率
C ．交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍
D ．50 Hz 的交变电流，其周期等于0.05 s
AC [根据频率的定义知，选项B 错误；在一个周期内，交变电流会出现正向和负向最大值各一次，但相邻两个峰值的时间间隔为半个周期，所以选项A 正确；交变电流在一个周期内方向改变两次，即方向变化的频率为交变电流频率的2倍，所以选项C 正确；由T ＝1f ＝1
50 s ＝0.02 s ，所以选项D 错误．] 4．(多选)如图3-1-2所示，下列对图象的描述正确的是( )
图3-1-2
A ．该电压是直流电压
B ．该电压是交流电压
C ．该电压的周期是0.2 s
D ．该电压的频率是10/3 Hz
BD [从图象可以看出每经过0.3 s 开始重复上一个过程，所以0.3 s 是一个周期，频率是10
3Hz ，在一个周期内，前0.1 s 电压为正值，后0.2 s 电压为负值，表示前后电流方向相反，所以是交变电流，B 、D 对，A 、C 错．] (1)周期(T )、频率(f )与角速度(ω)的关系ω＝2π
T ＝2πf .
(2)我国工农业生产和生活所用的交变电流，周期是0.02 s ，频率是50 Hz ，电流方向每秒改变100次. 交变电流的最大值和有效值 1.有效值的特点
(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，与电流的方向无关，但一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是由一个周期的时间来确定的．
(2)在定义有效值时应注意三同：①相同电阻；②相同时间；③产生相同热量． 2．几种典型有效值的求法
值不等的正弦半波，则该交变电流的有效值为( )
图3-1-3
A.10
2 A B ．2 5 A C ．5 A
D ．3 A
思路点拨：解答本题可遵循以下步骤：
①找出交变电流的周期T ；②计算0～T 2时间内产生的热量Q 1；③计算T
2～T 时间内产生的热量Q 2；④由有效值的定义计算有效值．
A [设上、下两半部分的有效值分别为I 1和I 2，则I 1＝1 A ，I 2＝2 A ，故有I 2R ·T ＝I 21R ·T 2＋I 22R ·T 2，解得I ＝
102 A ，选项A 正确．]
交变电流有效值的计算技巧
(1)正弦式交变电流的有效值可根据有效值与峰值之间的关系进行计算： E ＝
E m 2，U ＝U m 2，I ＝I m 2
.
(2)在计算非正弦式交变电流的有效值时，应根据电流的热效应来计算．一般取一个周期来进行计算，把一个周期内产生的热量求出来等于I 2
RT 或U 2
R T ，得出的
I 或U 就是要求的有效值．
(3)对于半周期对称的也可以取半个周期来分析． [针对训练]
5．如图3-1-4所示是一交变电流的i -t 图象，则该交变电流的有效值为( )
【导学号：11452052】
图3-1-4
A ．4 A
B ．2 2 A C.83 A D.230
3 A
D [根据交变电流有效值的定义可得：I 2RT ＝I 21Rt 1＋I 22Rt 2，I 2R ×3×10－2＝
⎝ ⎛⎭
⎪⎫422
R ×10－2＋42R ×2×10－2，解得I ＝
2303 A ，D 正确．] 6．图3-1-5中两交变电流分别通过相同电阻R . (1)分别写出它们的有效值、周期、频率； (2)计算它们在R 上产生的功率之比．
图3-1-5
【解析】 (1)图甲为正弦交变电流，其有效值I 1＝0.707I m ＝3.54 A ，周期T 1＝0.4 s ，频率f 1＝2.5 Hz ；图乙为方波交流电，电流的大小不变，方向做周期性变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值I 2＝5 A ，周期T 2＝0.3 s ，频率f 2＝10
3Hz.
(2)由公式P ＝I 2R 得P 甲∶P 乙＝1∶2.
【答案】 (1)3.54 A 0.4 s 2.5 Hz 5 A 0.3 s 10
3Hz (2)1∶2
[当 堂 达 标·固 双 基]
1．与我国不同，有些国家照明使用的正弦式交变电流的频率为60 Hz.1 s 内，这种交变电流的电流方向改变的次数为( )
【导学号：11452053】A．15B．30
C．60 D．120
D[一个周期内交变电流的电流方向改变两次，故1 s内改变的次数n＝120，故D正确．]
2．下列提到的交变电流，哪一个不是指有效值()
A．交流电压表的读数
B．保险丝熔断电流
C．电容器击穿电压
D．220 V交流电压
C[交流电压表的读数、保险丝熔断电流以及220 V交流电压均是指有效值，而电容器击穿电压为交变电流的电压的峰值，也就是最大值．]
3．对于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是()
【导学号：11452054】
A．任何形式的交流电压的有效值都是U＝U m
2
的关系
B．对于正弦式交流电有U＝U m
2
的关系
C．照明电压220 V和动力电压380 V指的都是最大值D．交流电压表和电流表测量的是交流电的最大值
B[正弦式交流电有U＝U m
2
的关系，其他交流电不一定适用，故A错误，B正
确；家用照明电压、动力电压均指有效值，交流电表测量的也是有效值，故C、D错误，]
4．如图3-1-6表示一交变电流随时间变化的图象，则此交变电流的有效值是多少？
图3-1-6
【解析】交变电流的周期T＝0.02 s，在前半周期，电流为I1＝4 2 A；后半周期电流I2＝32A.根据焦耳定律，在一个周期内交变电流通过电阻R产生的热量
Q ＝I 21R T 2＋I 22R T 2＝I 2
RT ，所以交变电流的有效值I ＝I 21＋I 2
2
2＝5 A.
【答案】 5 A。